KR101852238B1 - 이차 전지 내부 가스 포집 장치 - Google Patents

이차 전지 내부 가스 포집 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 내부에서 발생하는 내부 가스를 포집하여 분석하기 위한 이차 전지 내부 가스 포집 장치에 관한 것으로서, 이차 전지를 수용하는 수용홈, 수용홈과 연통되도록 마련되며 이차 전지의 내부에서 발생한 내부 가스를 외부로 배출시키는 가스 배출관 및 수용홈과 연통되도록 마련되며 외부의 가스 공급원에서 공급된 비활성 가스를 수용홈에 유입시키는 가스 유입관을 구비하는 하부 케이스; 및 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 하부 케이스와 결합되는 상부 케이스;를 포함한다. 이러한 본 발명은, 이차 전지의 구조적 특성에 맞도록 설계된 이차 전지 전용의 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하여, 이차 전지의 내부 가스와 관련된 정확한 데이터를 제공할 수 있다.

Description

이차 전지 내부 가스 포집 장치{Apparatus for collecting inner gas in secondary electric cell}
본 발명은 이차 전지의 내부에서 발생하는 내부 가스를 포집하여 분석하기 위한 이차 전지 내부 가스 포집 장치에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 이용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
도 1은 일반적인 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
이차 전지(셀)는 적용 형태나 구조 등에 따라 금속성 등의 하드 케이스 등에 의하여 내부 요소가 구성되는 캔형 전지 등을 비롯하여 다양하게 분류될 수 있는데 이들 중 예시적으로 파우치형 이차 전지 셀을 도 1에서 도시하고 있다. 기본적 원리와 구조 등은 상호 대응될 수 있으므로, 도 1에 도시된 파우치형 이차 전지를 예시적인 형태로 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)는 파우치 케이스(20) 및 전극 조립체(30)를 기본 구조로 포함하고 있으며, 전극 조립체(30)는 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재되어 양극판과 음극판 사이를 전기적으로 절연시키는 세페레이터 등으로 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(30)는 양극판에서 연장되어 형성되는 양극탭(32)과 음극판에서 연장되어 형성되는 음극탭(34)을 포함한다.
양극탭(32)과 음극탭(34)은 일정한 방향으로 수렴된 후 해당하는 각각의 전극 리드(36, 38)와 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등의 방법으로 접합된다. 이와 같은 결합 구조를 가지는 전극 리드(36, 38)는 이차 전지의 전극으로서 이차 전지와 외부 적용 기기 등을 상호 전기적으로 연결하는 기능을 수행하게 된다.
전극 조립체(30)가 파우치 케이스(20)에 투입된 후, 전해액이 주입되고 밀봉 공정, 에이징 공정, 화성 공정 등의 후처리 공정을 거쳐 하나의 완성된 이차 전지 셀이 된다. 실시 형태에 따라 파우치 케이스(20)는 상면 케이스(21)와 하면 케이스(22)로 구분되며 전극 조립체(30)가 수용되는 부분이 어디에 존재하는지 등에 따라 싱글 캡 또는 더블 캡 등으로 지칭되기도 한다.
또한, 이차 전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극 리드 및 음극 리드가 동일한 파우치 케이스 면에 형성될 수도 있으며, 실시 형태에 따라서 파우치 케이스의 다른 면에 각각의 전극 리드가 형성되도록 구성할 수도 있으며, 파우치 케이스의 밀봉 공정에 파우치 케이스의 상하면이 열융착될 때, 전극 리드와 겹치는 부분의 실링 효율을 향상시키기 위하여 전극 리드(36, 38)에는 절연 테이프(33)가 부착될 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 이차 전지는 내부 구성 요소 즉, 전극, 활물질, 전해액 등의 전기 화학적인 반응에 의하여 가스가 발생될 수 있는데 이렇게 발생되는 내부 가스는 이차 전지의 전기 화학적 반응에 의한 부수물로써 이차 전지의 성능 향상, 이차 전지의 구조 최적화, 활물질, 전해액 등의 성분 조정을 통한 충방전 휴율 제고, 부수물의 최소화를 위한 방안 연구 등을 위하여 정확하고 정밀하게 분석될 필요성이 높다.
그러나, 검사의 대상이 되는 가스의 질량이나 성분 등을 분석하는 장치는 일반화되어 있다고 할 수 있으나, 이러한 장치는 엄격한 진공 환경에만 적용되는 등의 적용상의 제한 사항 내지 한계를 가지고 있어 이차 전지에 바로 적용되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 종래 장치에 의한 성분 분석 등은 이차 전지의 내부 전해액 등이 유출되어 성분 검사의 시료를 오염시키는 등 정밀한 분석 등이 진행되지 못하여 극히 제한된 범위에서만 분석이 이루어지고 있는 실정이다.
또한, 이차 전지는 과충전되거나 전기적 환경에 급격한 변화 등이 발생되면 양극에서 전해액 분해 현상이 발생되고, 음극에서는 리튬 금속의 석출 현상이 발생될 수 있는데 이러한 현상이 발생되면 이차 전지의 성능 저하가 초래될 수 있음은 물론, 화학 반응에 의한 발열로 가스가 발생될 수 있다.
이와 함께, 전해액에는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 용매를 사용하게 되는데, 이러한 용매는 고온에서 분해되어 가스 등이 발생하고 이에 의한 압력 증가로 일종의 부품현상인 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 이차 전지가 폭발하는 등 심각한 문제가 발생될 수 있다.
이와 같이 온도, 충전 또는 방전 등의 환경 조건에 따른 이차 전지 내부 가스의 성분, 중량 등의 변화에 대한 정확한 프로파일을 분석하여 더욱 안전하고 안정적인 이차 전지를 구현하기 위한 기초 데이터를 제공할 수 있도록 장치를 고안할 필요성이 크다고 할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기 문제점 내지 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이차 전지의 특성에 최적화된 구조를 구비하여 이차 전지의 내부에서 발생된 내부 가스를 효과적으로 포집할 수 있도록 구조가 개선된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 이차 전지의 내부 가스가 발생되는 특정 전압 및 특정 온도 등에 대한 데이터를 효율적으로 분석할 수 있도록 구조가 개선된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치는, 이차 전지를 수용하는 수용홈, 수용홈과 연통되도록 마련되며 이차 전지의 내부에서 발생한 내부 가스를 외부로 배출시키는 가스 배출관 및 수용홈과 연통되도록 마련되며 외부의 가스 공급원에서 공급된 비활성 가스를 수용홈에 유입시키는 가스 유입관을 구비하는 하부 케이스; 및 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 하부 케이스와 결합되는 상부 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 이차 전지를 충방전하는 충방전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 하부 케이스는, 일단이 이차 전지의 전극 리드와 전기적으로 연결되고 또한 일단과 반대쪽의 타단이 충방전 모듈과 전기적으로 연결되는 리드 연결 부재를 더 구비하는 특징으로 한다.
바람직하게, 리드 연결 부재는, 일단이 수용홈의 내부에 위치하고 또한 타단이 외부에 위치하도록 하부 케이스의 측벽을 관통하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 이차 전지의 전기를 측정하는 전기 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 전기 측정 모듈은, 리드 연결 부재의 타단과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나와 접촉되도록 설치되며, 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나를 가열하여 이차 전지의 온도를 상승시키는 가열 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나와 접촉되도록 설치되며, 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 어느 하나를 냉각하여 이차 전지의 온도를 하강시키는 냉각 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 이차 전지의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 하부 케이스는, 하부 케이스의 측벽에 관통 형성된 온도 센싱홀을 더 구비하고, 온도 측정 모듈은, 이차 전지와 접촉되도록 설치되는 비드, 및 온도 센싱홀에 삽입되어 수용홈의 내부로 연장되도록 설치되며 온도 측정 모듈과 비드를 연결하는 전도성 와이어를 갖는 열전쌍을 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 온도 센싱홀은, 전도성 와이어가 삽입된 상태로 실링재가 도포되어 실링되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 가스 배출관에서 배출된 내부 가스를 분석하는 가스 분석 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 하부 케이스와 상부 케이스 중 적어도 하나는, 하부 케이스와 상부 케이스 사이에 개재되도록 설치되며 하부 케이스와 상부 케이스 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이차 전지 내부 가스 포잡 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 이차 전지의 구조적 특성에 맞도록 설계된 이차 전지 전용의 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 제공하여, 이차 전지의 내부 가스와 관련된 정확한 데이터를 제공할 수 있다.
둘째, 이차 전지의 내부 가스의 정량 및 정성 분석 데이터, 이차 전지의 내부 가스의 생성 조건에 대한 데이터 등 이차 전지의 내부 가스와 관련된 다양한 데이터를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 결합 사시도.
도 4는 제어 계통을 설명하기 위한 블록도.
도 5는 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 Ⅰ 방향에서 바라본 측면도.
도 6은 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 Ⅱ 방향에서 바라본 측면도.
도 7은 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 부분 절단 측면도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 결합 사시도이며, 도 4는 제어 계통을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치(1)는, 이차 전지(10)의 내부에서 발생한 내부 가스를 포집 및 분석하기 위한 장치이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치(1)는, 이차 전지(10)가 수용되며, 이차 전지(10)의 내부에서 발생한 내부 가스를 외부로 배출하는 케이스(40)(50); 이차 전지(10)를 충방전하는 충방전 모듈(60); 이차 전지(10)의 전기를 측정하는 전기 측정 모듈(70); 이차 전지(10)를 가열하는 가열 모듈(80); 이차 전지(10)를 냉각하는 냉각 모듈(90); 이차 전지(10)의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈(100); 및 케이스(40)(50)로부터 배출된 이차 전지(10)의 내부 가스의 물리 화학적 특성을 분석하는 가스 분석 모듈(110); 이차 전지(10)의 내부 가스의 분석 결과를 영상 출력하는 디스플레이 모듈(120); 각종 모듈들의 구동을 제어하는 제어 모듈(130);을 포함한다.
본 발명에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치(1)를 이용해 내부 가스를 포집하여 분석할 수 있는 이차 전지의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)는 전극 조립체가 파우치 케이스의 내부에 수용된 파우치형 이차 전지일 수 있다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 이차 전지(10)가 파우치형 이차 전지인 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하기로 한다.
도 5는 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 Ⅰ 방향에서 바라본 측면도이며, 도 6은 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치를 Ⅱ 방향에서 바라본 측면도이며, 도 7은 도 2에 도시된 이차 전지 내부 가스 포집 장치의 부분 절단 측면도이다.
먼저, 케이스(40)(50)는, 이차 전지(10)를 수용하기 위한 수용 공간을 제공하는 부재이다. 케이스(40)(50)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(40)의 테두리부(41)에는 적어도 하나의 나사홀(41a)이 형성되고, 상부 케이스(50)의 테두리부(51)에는 하부 케이스(40)의 나사홀(41a)과 대응하는 적어도 하나의 나사홀(51a)이 형성된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 나사홀(41a)(51a)들이 서로 정렬되도록 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 배치한 후, 볼트(B)와 너트(N)를 이용해 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 분리 가능하게 결합할 수 있다.
여기서, 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)는 볼트(B)와 너트(N)를 이용해 결합하는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 후크 기타 다양한 결합 부재를 이용해 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 분리 가능하게 결합할 수 있다.
하부 케이스(40)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 하부 케이스(40)는, 이차 전지(10)가 수용되는 하부 수용홈(42), 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50) 사이를 밀봉하는 밀봉 부재(43), 외부의 가스 공급원으로부터 공급된 비활성 가스를 하부 수용홈(42)으로 안내하는 가스 유입관(44), 비활성 가스와 이차 전지(10)의 내부에서 발생한 내부 가스를 하부 수용홈(42)으로부터 외부로 안내하는 가스 배출관(45), 온도 측정 모듈(100)의 전도성 와이어(122)(124)를 설치하기 위한 온도 센싱홀(46), 및 이차 전지(10)를 충방전 모듈(60)과 연결하기 위한 리드 연결 부재(47)를 포함할 수 있다.
하부 수용홈(42)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상면이 개구되도록 형성되며, 이차 전지(10)가 수용된다. 하부 수용홈(42)은 이차 전지(10)를 하부 수용홈(42)에 끼웠을 때 이차 전지(10)와 하부 수용홈(42)의 내측면 사이의 간격이 최소화되도록 이차 전지(10)와 대응되는 형상을 갖는 것이 바람직하다.
밀봉 부재(43)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(40)의 테두리부(41)의 상면에 마련된다. 밀봉 부재(43)는, 탄성 변형 가능한 고무 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 밀봉 부재(43)는, 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 결합할 때 상부 케이스(50)의 테두리부(51)에 밀착되어 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50) 사이를 밀봉한다.
가스 유입관(44)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 수용홈(42)과 외부 공간을 연통시키도록 하부 케이스(40)의 일측면에 마련된다. 가스 유입관(44)은, 외부의 가스 공급원(미도시)과 연결되며, 외부의 가스 공급원으로부터 공급된 비활성 가스를 하부 수용홈(42)으로 유입시킨다. 따라서, 하부 수용홈(42) 및 하부 수용홈(42)과 연결된 상부 수용홈(52)에 비활성 가스를 충전한 상태에서, 이차 전지(10)의 내부 가스를 발생시킬 수 있으므로, 하부 수용홈(42) 및 상부 수용홈(52)에 충전된 내기와 이차 전지(10)의 내부 가스가 화학 결합을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 수용홈(42) 및 상부 수용홈(52)에 비활성 가스를 충전하지 않은 상태에서 이차 전지(10)의 내부 가스를 발생시킬 수도 있다.
가스 배출관(45)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 수용홈(42)과 외부 공간을 연통시키도록 하부 케이스(40)의 일측면에 마련된다. 가스 배출관(45)은, 가스 분석 모듈(110)과 연결되어, 하부 수용홈(42) 및 상부 수용홈(52)에 충전된 비활성 가스와 이차 전지(10)의 내부 가스를 가스 분석 모듈(110)로 안내한다.
온도 센싱홀(46)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 수용홈(42)과 외부 공간을 연통시키도록 하부 케이스(40)의 일측면과 반대되는 타측면에 마련된다. 온도 센싱홀(46)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 측정 모듈(100)의 전도성 와이어(122)(124)가 온도 센싱홀(46)에 삽입되어 하부 수용홈(42)으로 연장되도록 설치된다. 온도 센싱홀(46)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 전도성 와이어(122)(124)가 삽입된 상태로 실링재(46a)가 도포되어 실링되며, 이를 통해 가스가 온도 센싱홀(46)을 통해 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
리드 연결 부재(47)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 일단(47a)은 하부 수용홈(42)의 내부에 위치하고 타단(47b)은 외부 공간에 위치하도록 하부 케이스(40)의 측벽을 관통하게 설치된다. 리드 연결 부재(47)의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이차 전지(10)의 전극 리드(36)(38)가 이차 전지(10)의 서로 반대되는 양측 단부에 각각 마련되는 경우에는, 이에 대응하여 리드 연결 부재(47)는 하부 케이스(40)의 서로 반대되는 양면에 각각 마련될 수 있다. 이러한 리드 연결 부재(47)는, 일단(47a)이 이차 전지(10)의 전극 리드(36)(38)와 연결되고 또한 타단(47b)이 충방전 모듈(60)의 전기 배선(62)과 연결되어, 이차 전지(10)와 충방전 모듈(60)을 전기적으로 연결할 수 있다.
리드 연결 부재(47)와 이차 전지(10)의 전극 리드(36)(38) 및 충방전 모듈(60)의 전기 배선(62) 간의 연결 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 리드 연결 부재(47)의 일단(47a) 및 타단(47b)과 이차 전지(10)의 전극 리드(36)(38)들에 각각 나사홀(47c)(47d)(36a)(38a)을 형성하여, 볼트(B)와 너트(N)를 이용해 리드 연결 부재(47)의 일단(47a)을 이차 전지(10)의 전극 리드(36)(38)와 하고 리드 연결 부재(47)의 타단(47b)을 충방전 모듈(60)의 전기 배선(62)과 결합할 수 있다. 그러면, 이차 전지(10)를 충방전 모듈(60)과 전기적으로 연결함과 동시에 이차 전지(10)가 요동치지 않도록 이차 전지(10)를 하부 수용홈(42)의 미리 정해진 위치에 고정할 수 있다.
한편, 전술한 밀봉 부재(43), 가스 유입관(44), 가스 배출관(45), 온도 센싱홀(46) 및 리드 연결 부재(47)는 하부 케이스(40)에 마련되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 케이스(50)에 마련될 수도 있다.
상부 케이스(50)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상부 케이스(50)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50)를 결합할 경우에 하부 수용홈(42)과 연결되도록 형성되며 이차 전지(10)의 내부 가스와 비활성 가스가 충전되는 상부 수용홈(52)을 포함할 수 있다.
다음으로, 충방전 모듈(60)은, 이차 전지(10)를 충방전하기 위한 부재이다. 충방전 모듈(60)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 전기 배선(62)에 의해 리드 연결 부재(47)들의 타단(47b)과 전기적으로 연결되어, 리드 연결 부재(47)를 매개로 이차 전지(10)의 전극 리드(36)(38)들과 전기적으로 연결된다. 여기서, 전기 배선(62)은 각각 볼트(B)와 너트(N)에 의해 리드 연결 부재(47)의 타단(47b)과 결합되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 충방전 모듈(60)은, 이차 전지(10)의 내부에서 내부 가스가 발생할 수 있도록 이차 전지(10)를 충전 또는 방전할 수 있다.
다음으로, 전기 측정 모듈(70)은, 이차 전지(10)의 전기를 측정하는 부재이다. 전기 측정 모듈(70)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 충방전 모듈(60)과 마찬가지로 전기 배선(72)에 의해 리드 연결 부재(47)들의 타단(47b)과 전기적으로 연결되어, 리드 연결 부재(47)를 매개로 이차 전지(10)의 전극 리드(36)(38)들과 전기적으로 연결된다. 여기서, 전기 배선(72)은 각각 볼트(B)와 너트(N)에 의해 리드 연결 부재(47)의 타단(47b)과 각각 결합되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 전기 측정 모듈(70)은, 충방전 모듈(60)에 의해 이차 전지(10)가 충방전될 경우에, 충방전 모듈(60)에 의해 이차 전지(10)에 인가되거나 이차 전지(10)에 의해 충방전 모듈(60)에 인가되는 전압 및 전류를 측정할 수 있다.
다음으로, 가열 모듈(80)은, 이차 전지(10)를 가열하기 위한 부재이다. 가열 모듈(80)은, 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50) 중 적어도 어느 하나와 접촉되도록 설치된다. 가열 모듈(80)의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 일반적으로 사용되는 가열 장치가 가열 모듈(80)로서 사용될 수 있다. 이러한 가열 모듈(80)은, 하부 케이스(40) 또는 상부 케이스(50)를 가열하여, 이차 전지(10)를 가열할 수 있다.
다음으로, 냉각 모듈(90)은, 이차 전지(10)를 냉각하기 위한 부재이다. 냉각 모듈(90)은, 하부 케이스(40)와 상부 케이스(50) 중 적어도 어느 하나와 접촉되도록 설치된다. 냉각 모듈(90)의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 일반적으로 사용되는 냉각 장치가 냉각 모듈(90)로서 사용될 수 있다. 이러한 냉각 모듈(90)은, 하부 케이스(40) 또는 상부 케이스(50)를 냉각하여, 이차 전지(10)를 냉각할 수 있다.
다음으로, 온도 측정 모듈(100)은, 이차 전지(10)의 온도를 측정하기 위한 부재이다. 온도 측정 모듈(100)은, 온도 측정 모듈(100)과 연결되는 한 쌍의 전도성 와이어(122)(124)들, 및 전도성 와이어(122)(124)들의 단부에 결합되는 비드(126)를 갖는 열전쌍을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전도성 와이어(122)(124)들은 하부 케이스(40)의 온도 센싱홀(46)에 삽입되어 하부 수용홈(42)의 내부로 연장되고, 비드(126)는 이차 전지(10)와 접촉되도록 설치된다. 이러한 온도 측정 모듈(100)은, 충방전 모듈(60)에 의해 이차 전지(10)가 충방전되거나 가열 모듈(80)에 의해 이차 전지(10)가 가열되거나 냉각 모듈(90)에 의해 이차 전지(10)가 냉각될 경우에, 비드(126)의 전압을 측정함으로써 이차 전지(10)의 온도를 측정할 수 있다.
다음으로, 가스 분석 모듈(110)은, 이차 전지(10)의 내부 가스를 분석하기 위한 부재이다. 가스 분석 모듈(110)은, 하부 케이스(40)의 가스 배출관(45)과 연결되어 가스 배출관(45)을 통해 배출된 비활성 가스와 이차 전지(10)의 내부 가스를 전달받는다. 가스 분석 모듈(110)은, 비활성 가스와 이차 전지(10)의 내부 가스의 유량을 측정하기 위한 유량계를 구비할 수 있다.
이러한 가스 분석 모듈(110)은, 가스 배출관(45)으로부터 전달받은 이차 전지(10)의 내부 가스를 정량 및 정성 분석하여 내부 가스의 성분, 질량 및 부피의 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 가스 분석 모듈(110)은, 전기 측정 모듈(70)로부터 입력된 전압 및 전류 데이터와, 온도 측정 모듈(100)로부터 입력된 온도 데이터를 종합하여, 이차 전지(10)의 내부 가스의 생성 조건에 대한 데이터를 생성할 수 있다.
다음으로, 디스플레이 모듈(120)은 본 발명에 따른 이차 전지 내부 가스 포집 장치(1)가 구비하는 모듈들에 의해 수집된 데이터를 영상 출력하기 위한 부재이다. 디스플레이 모듈(120)을 통해 영상 출력 가능한 데이터는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(120)은, 내부 가스의 정량 및 정성 분석 데이터, 이차 전지(10)의 전압 및 전류 데이터, 이차 전지(10)의 온도 데이터 및 이차 전지(10)의 내부 가스의 생성 조건에 대한 데이터 등을 영상 출력할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 이차 전지 내부 가스 포집 장치
40 : 하부 케이스
41 : 테두리부
42 : 하부 수용홈
43 : 밀봉 부재
44 : 가스 유입관
45 : 가스 배출관
46 : 온도 센싱홀
47 : 리드 연결 부재
50 : 상부 케이스
51 : 테두리부
52 : 상부 수용홈
60 : 충방전 모듈
70 : 전기 측정 모듈
80 : 가열 모듈
90 : 냉각 모듈
100 : 온도 측정 모듈
110 : 가스 분석 모듈
120 : 디스플레이 모듈
130 : 제어 모듈

Claims (13)

  1. 이차 전지를 수용하는 수용홈, 상기 수용홈과 연통되도록 마련되며 상기 이차 전지의 내부에서 발생한 내부 가스를 외부로 배출시키는 가스 배출관 및 상기 수용홈과 연통되도록 마련되며 외부의 가스 공급원에서 공급된 비활성 가스를 상기 수용홈에 유입시키는 가스 유입관을 구비하는 하부 케이스; 및
    상기 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 상기 하부 케이스와 결합되는 상부 케이스를 포함하고,
    상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 중 적어도 어느 하나와 접촉되도록 설치되며, 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 중 적어도 어느 하나를 가열하여 상기 이차 전지의 온도를 상승시키는 가열 모듈을 더 포함하며,
    상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 중 적어도 어느 하나와 접촉되도록 설치되며, 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 중 적어도 어느 하나를 냉각하여 상기 이차 전지의 온도를 하강시키는 냉각 모듈을 더 포함하고,
    상기 이차 전지의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈을 더 포함하며,
    상기 온도 측정 모듈은 한 쌍의 전도성 와이어 및, 상기 전도성 와이어의 단부에 결합되는 비드를 갖는 열전쌍을 포함하며,
    상기 하부 케이스에는 온도 센싱홀이 형성되고, 상기 온도 측정 모듈의 전도성 와이어가 상기 온도 센싱홀에 삽입되어 상기 수용홈으로 연장되도록 설치되며, 상기 비드는 상기 이차 전지에 접촉하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지를 충방전하는 충방전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부 케이스는,
    일단이 상기 이차 전지의 전극 리드와 전기적으로 연결되고 또한 상기 일단과 반대쪽의 타단이 상기 충방전 모듈과 전기적으로 연결되는 리드 연결 부재를 더 구비하는 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리드 연결 부재는,
    상기 일단이 상기 수용홈의 내부에 위치하고 또한 상기 타단이 외부에 위치하도록 상기 하부 케이스의 측벽을 관통하게 설치되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이차 전지의 전기를 측정하는 전기 측정 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전기 측정 모듈은, 상기 리드 연결 부재의 타단과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 케이스는,
    상기 하부 케이스의 측벽에 관통 형성된 온도 센싱홀을 더 구비하고,
    상기 온도 측정 모듈은,
    상기 이차 전지와 접촉되도록 설치되는 비드, 및 상기 온도 센싱홀에 삽입되어 상기 수용홈의 내부로 연장되도록 설치되며 상기 온도 측정 모듈과 상기 비드를 연결하는 전도성 와이어를 갖는 열전쌍을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 온도 센싱홀은, 상기 전도성 와이어가 삽입된 상태로 실링재가 도포되어 실링되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출관에서 배출된 상기 내부 가스를 분석하는 가스 분석 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 중 적어도 하나는,
    상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 사이에 개재되도록 설치되며 상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스 사이를 밀봉하는 밀봉 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 내부 가스 포집 장치.
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